JP5901251B2 - Manufacturing method of structure - Google Patents

Manufacturing method of structure Download PDF

Info

Publication number
JP5901251B2
JP5901251B2 JP2011258803A JP2011258803A JP5901251B2 JP 5901251 B2 JP5901251 B2 JP 5901251B2 JP 2011258803 A JP2011258803 A JP 2011258803A JP 2011258803 A JP2011258803 A JP 2011258803A JP 5901251 B2 JP5901251 B2 JP 5901251B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
joined
members
aluminum alloy
liquid phase
mass
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2011258803A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2013111596A (en
Inventor
俊哉 岡田
俊哉 岡田
村瀬 崇
崇 村瀬
和子 藤田
和子 藤田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
UACJ Corp
Original Assignee
UACJ Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by UACJ Corp filed Critical UACJ Corp
Priority to JP2011258803A priority Critical patent/JP5901251B2/en
Publication of JP2013111596A publication Critical patent/JP2013111596A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5901251B2 publication Critical patent/JP5901251B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Description

本発明は、構造体の製造方法に関し、詳しくは、被接合部材を積層して中空部を有する構造体を製造する方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a structure, and more particularly, to a method for manufacturing a structure having a hollow portion by laminating members to be joined.

アルミニウム合金板材やその他金属板、非金属板を積層する構造体は熱交換器などに広く採用されている(例えば特許文献1、2参照)。例えば、SUS、アルミニウム合金板を代表とした金属素板やセラミックのような非金属素板を、その板の厚さ方向に複数枚積層し、素板の少なくとも1枚以上にはその表面に微細な溝を形成し、該溝が形成された面と隣り合う素板の平面とが接合されることによって、加熱流体または冷却流体を供給する流路が形成された構造体が製造される。従来、素材同士の接合には、ろう付け(例えば特許文献3、4参照)や固相拡散接合(例えば特許文献3〜5、非特許文献1参照)、超音波接合、接着接合などが知られている。ここで、拡散接合法や摩擦接合法等の固相接合法は、原則として被接合部材の溶融を伴わない接合方法である。拡散接合法は、母材同士を密着させ、基本的に母材の融点以下で塑性変形を生じない程度に加圧し、接合面間に生じる原子の拡散を利用して接合を成すものである。また、流路などの中空部を有する構造体は、砂型鋳造法を代表とした鋳物・ダイカスト工法によって製造される場合もある。   Structures in which aluminum alloy plate materials, other metal plates, and nonmetal plates are laminated are widely used in heat exchangers and the like (see, for example, Patent Documents 1 and 2). For example, a plurality of metal base plates such as SUS and aluminum alloy plates and ceramics, such as ceramics, are laminated in the thickness direction of the plate, and at least one of the base plates has a fine surface. A structure in which a channel for supplying a heating fluid or a cooling fluid is formed is manufactured by forming a groove and joining the surface on which the groove is formed and the flat surface of the adjacent base plate. Conventionally, brazing (for example, refer to Patent Documents 3 and 4), solid phase diffusion bonding (for example, refer to Patent Documents 3 to 5 and Non-Patent Document 1), ultrasonic bonding, adhesive bonding, and the like are known for bonding materials. ing. Here, the solid phase bonding method such as the diffusion bonding method or the friction bonding method is a bonding method that does not involve melting of the members to be bonded in principle. In the diffusion bonding method, the base materials are brought into close contact with each other, basically pressed to the extent that the plastic deformation does not occur below the melting point of the base material, and bonding is performed using the diffusion of atoms generated between the joint surfaces. A structure having a hollow portion such as a flow path may be manufactured by a casting / die casting method typified by a sand mold casting method.

特開平3−51696号公報Japanese Patent Laid-Open No. 3-51696 特開平4−217792号公報JP-A-4-217792 特開2001−349679号公報JP 2001-349679 A 特開2010−164244号公報JP 2010-164244 A 特開2003−247796号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-247796 特開平5−305459号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-30559 特許3656092号公報Japanese Patent No. 3656092

坂本光正,都築圭紀,森合秀樹,小林悌宇,日下和夫,”精密拡散接合技術による宇宙機器用推力可変噴射器の開発”,三菱重工技法,vol.37,No.3、pp.134−137,2000年5月Mitsumasa Sakamoto, Yuki Tsuzuki, Hideki Morigo, Yuu Kobayashi, Kazuo Kusaka, “Development of variable thrust injectors for space equipment using precision diffusion bonding technology”, Mitsubishi Heavy Industries, vol. 37, no. 3, pp. 134-137, May 2000

三次元の流路を有する構造体を製造する際に、ろう付けやはんだ材を用いて複数の被接合部材を接合すると、溶融したろう材やはんだ材などによって流路の目詰まりが生じる場合がある。また、接合箇所のろう付けフィレットやはんだ材の残留により、流路内壁面に凹凸が形成されてしまい、流路内断面積が減少する場合もある。こうした場合には、所望する一体積層型熱交換器の熱交換性能が得られないという問題が生じる。   When manufacturing a structure having a three-dimensional flow path, if multiple members are joined using brazing or soldering material, the flow path may be clogged by molten brazing material or soldering material. is there. In addition, unevenness may be formed on the inner wall surface of the flow path due to the remaining braze fillet or solder material at the joint location, and the cross-sectional area in the flow path may be reduced. In such a case, there arises a problem that the desired heat exchange performance of the integrally laminated heat exchanger cannot be obtained.

拡散接合法を用いた場合には、被接合部材の変形を伴わずに同時に多点の接合や面接合が可能である。従って、微細な形状を有する被接合部材の接合が可能である。しかし、拡散接合法では、通常、30分程度からそれ以上の時間、所定温度での保持が必要となり、溶接やろう付などによる接合と比べて接合に長時間を要する。また、拡散接合法では、積層板を得るには、流路部材を積層し、上下を加圧して真空雰囲気中で加熱するため、接合に加圧が必要であり、接合操作の煩雑化やコスト増加も避けられない。更に、アルミニウム合金材は、表面に安定で強固な酸化皮膜が存在して拡散が阻害されるために、接合面の酸化皮膜を除去する清浄化処理などが必要となって、アルゴンイオン衝撃、グロー放電、超音波付与など特殊な工程を要する場合もある。また、拡散接合法は、接合させる素材の種類によってはメッキ等の処理を施す必要もある。さらに、拡散接合法によって金属板を接合した場合には、接合面にボイドのような欠陥を生じるおそれもあり、所望とする構造体を得ることが難しい。   When the diffusion bonding method is used, multipoint bonding and surface bonding can be performed simultaneously without deformation of the members to be bonded. Therefore, it is possible to join the members to be joined having a fine shape. However, the diffusion bonding method usually requires holding at a predetermined temperature for about 30 minutes or more, and it takes a long time for bonding compared to bonding by welding or brazing. In addition, in the diffusion bonding method, in order to obtain a laminated plate, the flow path members are laminated, and the upper and lower sides are pressurized and heated in a vacuum atmosphere. Therefore, pressure is required for the bonding, which complicates the bonding operation and costs. An increase is inevitable. In addition, since aluminum alloy materials have a stable and strong oxide film on the surface and diffusion is hindered, it is necessary to perform a cleaning process to remove the oxide film on the bonding surface, which causes argon ion bombardment, glow There are cases where special processes such as discharge and application of ultrasonic waves are required. Further, in the diffusion bonding method, it is necessary to perform a treatment such as plating depending on the type of material to be bonded. Furthermore, when metal plates are joined by the diffusion joining method, defects such as voids may occur on the joining surface, making it difficult to obtain a desired structure.

摩擦接合法のなかでアルミニウム材に適用される摩擦攪拌接合法は、全てのアルミニウム合金材に適用可能である。摩擦攪拌接合法は、母材の溶融を伴わないために、接合による被接合部材の変形が少ないという利点がある。しかし、一部重ね接合が可能ではあるが基本的には突合せの接合に用いられる工法であり、接合部の形状が直線や緩曲線に限定され、複雑な形状の接合が困難である。また、接合ツールを接合部に直接接触させるために、微細な形状の接合が困難であると共に、同時に多点を接合することも困難である。また、この接合方法では、接合終端部に接合ピンの痕が残ってしまう。   The friction stir welding method applied to the aluminum material among the friction welding methods can be applied to all aluminum alloy materials. The friction stir welding method has an advantage that deformation of a member to be joined due to joining is small because the base material is not melted. However, although a partial overlap bonding is possible, it is basically a construction method used for butt joining, and the shape of the joint is limited to a straight line or a gentle curve, and it is difficult to join complicated shapes. In addition, since the joining tool is brought into direct contact with the joining portion, it is difficult to join the fine shapes, and it is also difficult to join multiple points at the same time. Moreover, in this joining method, the mark of a joining pin will remain in a joining termination part.

砂型鋳造法を代表とした鋳物では、中子の砂を抜く必要があり、例えばらせん状など複雑な形状の中空部は中子の造型も困難となる。また、切削、穴あけ等の機械加工によって構造体を製造することも考えられるが、複雑な中空部を得ることは困難である。更に、接着による積層によって構造体を製造することも考えられるが、金属結合を有していないため十分な強度を得られないおそれがある。   In castings represented by the sand mold casting method, it is necessary to remove the sand from the core. For example, a hollow portion having a complicated shape such as a spiral shape makes it difficult to mold the core. In addition, it is conceivable to manufacture the structure by machining such as cutting and drilling, but it is difficult to obtain a complicated hollow portion. Furthermore, it is conceivable to manufacture the structure by lamination by adhesion, but there is a possibility that sufficient strength cannot be obtained because it does not have a metal bond.

本発明は、中空部を有する構造体を容易に製造することを目的とする。   An object of this invention is to manufacture easily the structure which has a hollow part.

上記課題を解決するために、本発明の第1の観点に係る構造体の製造方法は、被接合部材を積層して中空部を有する構造体を製造する方法であって、
前記被接合部材の少なくとも一部として、マグネシウムの含有量が0.5質量%以下であり、切抜き部が形成されたアルミニウム合金板を用意する工程と、
隣り合う前記被接合部材のうちの少なくとも一方が前記アルミニウム合金板となるとともに前記切抜き部が連通して前記中空部が形成されるように複数の前記被接合部材を積層し、前記アルミニウム合金板の液相の質量の比が5%以上35%以下である温度域に30秒以上3600秒以内保持して複数の前記被接合部材を接合する工程と、
を含み、
前記被接合部材を接合する工程では、前記液相を生じるアルミニウム合金材に発生する最大応力をP(kPa)とし、当該アルミニウム合金板内に生じる液相の質量の比をV(%)としたときに、P≦460−12×Vを満たす条件で前記被接合部材を接合する、
ことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, a manufacturing method of a structure according to the first aspect of the present invention is a method of manufacturing a structure having a hollow portion by laminating members to be joined,
A step of preparing an aluminum alloy plate having a magnesium content of 0.5% by mass or less and a cutout portion formed as at least a part of the members to be joined;
A plurality of the members to be bonded are stacked so that at least one of the adjacent members to be bonded becomes the aluminum alloy plate and the cutout portion communicates to form the hollow portion. A step of joining a plurality of the members to be joined in a temperature range in which the mass ratio of the liquid phase is 5% or more and 35% or less within 30 seconds to 3600 seconds;
Only including,
In the step of joining the members to be joined, the maximum stress generated in the aluminum alloy material generating the liquid phase is P (kPa), and the ratio of the mass of the liquid phase generated in the aluminum alloy plate is V (%). Sometimes, the members to be joined are joined under the condition satisfying P ≦ 460-12 × V.
It is characterized by that.

本発明の第2の観点に係る構造体の製造方法は、被接合部材を積層して中空部を有する構造体を製造する方法であって、
前記被接合部材の少なくとも一部として、マグネシウムの含有量が0.2質量%以上2.0質量%以下であり、切抜き部が形成されたアルミニウム合金板を用意する工程と、
隣り合う前記被接合部材のうちの少なくとも一方が前記アルミニウム合金板となるとともに前記切抜き部が連通して前記中空部が形成されるように複数の前記被接合部材を積層し、前記アルミニウム合金板の液相の質量の比が5%以上35%以下である温度域に30秒以上3600秒以内保持して複数の前記被接合部材を接合する工程と、
を含み、
前記被接合部材を接合する工程では、前記液相を生じるアルミニウム合金材に発生する最大応力をP(kPa)とし、当該アルミニウム合金板内に生じる液相の質量の比をV(%)としたときに、P≦460−12×Vを満たす条件で前記被接合部材を接合する、
ことを特徴とする。
The method for manufacturing a structure according to the second aspect of the present invention is a method for manufacturing a structure having a hollow portion by laminating members to be joined,
A step of preparing an aluminum alloy plate having a magnesium content of 0.2% by mass or more and 2.0% by mass or less and having a cut-out portion formed as at least a part of the bonded members;
A plurality of the members to be bonded are stacked so that at least one of the adjacent members to be bonded becomes the aluminum alloy plate and the cutout portion communicates to form the hollow portion. A step of joining a plurality of the members to be joined in a temperature range in which the mass ratio of the liquid phase is 5% or more and 35% or less within 30 seconds to 3600 seconds;
Only including,
In the step of joining the members to be joined, the maximum stress generated in the aluminum alloy material generating the liquid phase is P (kPa), and the ratio of the mass of the liquid phase generated in the aluminum alloy plate is V (%). Sometimes, the members to be joined are joined under the condition satisfying P ≦ 460-12 × V.
It is characterized by that.

また、前記被接合部材を用意する工程では、前記切抜き部を有する同一形状の円板状部材を前記被接合部材として用意し、
前記被接合部材を接合する工程では、前記切抜き部の位相をずらして複数の前記被接合部材を積層してもよい。
In the step of preparing the member to be joined, a disk-shaped member having the same shape having the cutout portion is prepared as the member to be joined,
In the step of bonding the members to be bonded, a plurality of the members to be bonded may be stacked while shifting the phase of the cutout portion.

本発明によれば、中空部を有する構造体を容易に製造することができる。   According to the present invention, a structure having a hollow portion can be easily manufactured.

2元系共晶合金としてAl−Si合金の状態図を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the phase diagram of an Al-Si alloy as a binary eutectic alloy. この実施形態に係るアルミニウム合金材での液相の生成メカニズムを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the production | generation mechanism of the liquid phase in the aluminum alloy material which concerns on this embodiment. 逆T字型接合試験片とその接合部の観察面位置を示す正面図である。It is a front view which shows the observation surface position of a reverse T-shaped joining test piece and its junction part. 図3中の接合部を拡大して示す顕微鏡写真である。It is a microscope picture which expands and shows the junction part in FIG. 実施例1において、複数の被接続部材を積層して構造体を製造する工程を説明するための図である。In Example 1, it is a figure for demonstrating the process of laminating | stacking a some to-be-connected member and manufacturing a structure. 実施例2において、複数の被接続部材を積層して構造体を製造する工程を説明するための図である。In Example 2, it is a figure for demonstrating the process of laminating | stacking a to-be-connected member and manufacturing a structure. 実施例3において、複数の被接続部材を積層して構造体を製造する工程を説明するための図である。In Example 3, it is a figure for demonstrating the process of laminating | stacking a to-be-connected member and manufacturing a structure.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

A.被接合部材の組合せ
この実施形態に係る構造体の製造方法では、アルミニウム合金材を一方の被接合部材とし、アルミニウム合金材、純アルミニウム材及びアルミニウム以外の金属材のいずれかを他方の被接合部材として、一方の被接合部材と他方の被接合部材とを接合する。アルミニウム合金材同士を接合する場合は、合金組成が同一のもの同士でも、合金組成が異なるもの同士でもよい。
A. Combination of members to be joined In the structure manufacturing method according to this embodiment, an aluminum alloy material is used as one member to be joined, and any one of an aluminum alloy material, a pure aluminum material, and a metal material other than aluminum is used as the other member to be joined. As described above, one member to be joined and the other member to be joined are joined. When joining aluminum alloy materials, those with the same alloy composition or those with different alloy compositions may be used.

B.液相の生成
この実施形態に係る構造体の製造方法では、一方の被接合部材であるアルミニウム合金材の全質量に対する当該アルミニウム合金材内に生成する液相の質量の比(以下、「液相率」と記す)が5%以上35%以下となる温度で接合する。液相率が35%を超えると、生成する液相の量が多過ぎてアルミニウム合金材が溶融を開始してしまう。一方、液相が生成しなければ接合ができない。板材同士を接合する際の好ましい液相率は5〜30%であり、より好ましい液相率は10〜20%である。
B. Generation of Liquid Phase In the method for manufacturing a structure according to this embodiment, the ratio of the mass of the liquid phase generated in the aluminum alloy material to the total mass of the aluminum alloy material that is one member to be joined (hereinafter referred to as “liquid phase”). Bonding is performed at a temperature at which 5% to 35%. When the liquid phase ratio exceeds 35%, the amount of the liquid phase to be generated is too large and the aluminum alloy material starts to melt. On the other hand, bonding is not possible unless a liquid phase is generated. The preferable liquid phase rate at the time of joining plate materials is 5 to 30%, and the more preferable liquid phase rate is 10 to 20%.

加熱中における実際の液相率を測定することは、極めて困難である。そこで、この実施形態で規定する液相率は平衡計算によって求めるものとする。具体的には、Thermo−Calcなどの熱力学平衡計算ソフトによって合金組成と加熱時の最高到達温度から計算される。   It is extremely difficult to measure the actual liquid phase ratio during heating. Therefore, the liquid phase ratio defined in this embodiment is obtained by equilibrium calculation. Specifically, the temperature is calculated from the alloy composition and the highest temperature achieved during heating by thermodynamic equilibrium calculation software such as Thermo-Calc.

液相の生成メカニズムについて説明する。図1は、代表的な2元系共晶合金であるAl−Si(アルミニウムシリコン)合金の状態図を模式的に示す図である。図1に示すように、Si濃度が最大固溶限濃度より大きい濃度c1であるアルミニウム合金材を加熱すると、共晶温度(固相線温度)Teを超えた付近の温度T1で液相の生成が始まる。共晶温度Te以下では、図2(a)に示すように、結晶粒界で区分されるマトリクス中に晶析出物が分布している。ここで液相の生成が始まると、図2(b)に示すように、晶析出物分布の偏析の多い結晶粒界が溶融して液相となる。次いで、図2(c)に示すように、アルミニウム合金のマトリクス中に分散する主添加元素成分であるSiの晶析出物粒子や金属間化合物の周辺が球状に溶融して液相となる。更に図2(d)に示すように、マトリクス中に生成したこの球状の液相は、界面エネルギーにより時間の経過や温度上昇と共にマトリクスに再固溶し、固相内拡散によって結晶粒界や表面に移動する。そして、温度が温度T1より高い温度T2に上昇すると、液相量が増加する。また、図1に示すように、一方のアルミニウム合金材のSi濃度が最大固溶限濃度より小さい濃度c2の場合には、固相線温度Ts2を超えた付近で液相の生成が始まる。ただし、図2(a)に示すSi濃度が濃度c1の場合と異なり、溶融直前の組織には、マトリクス中に小析出物粒子が存在しない場合がある。この場合、図2(b)に示すように粒界でまず溶融が溶融し液相となった後、図2(c)に示すようにマトリクス中の局所的に溶質元素濃度が高い場所より液相が発生する。マトリクス中に生成したこの球状の液相は、Si濃度が濃度c1の場合と同様に、界面エネルギーにより時間の経過や温度上昇と共にマトリクスに再固溶し、固相内拡散によって結晶粒界や表面に移動する。そして、温度が温度Ts2より高い温度T3に上昇すると、液相量が増加する。このように、この実施形態の構造体の製造方法は、アルミニウム合金材内部の部分的な溶融により生成される液相を利用するものであり、被接合部材の接合と形状維持の両立を実現できるものである。   The generation mechanism of the liquid phase will be described. FIG. 1 is a diagram schematically showing a phase diagram of an Al—Si (aluminum silicon) alloy which is a typical binary eutectic alloy. As shown in FIG. 1, when an aluminum alloy material whose Si concentration is higher than the maximum solid solution limit concentration c1 is heated, a liquid phase is generated at a temperature T1 near the eutectic temperature (solidus temperature) Te. Begins. Below the eutectic temperature Te, as shown in FIG. 2A, crystal precipitates are distributed in the matrix divided by the grain boundaries. Here, when the generation of the liquid phase starts, as shown in FIG. 2B, the crystal grain boundary with a large segregation of the crystal precipitate distribution melts to become a liquid phase. Next, as shown in FIG. 2C, the periphery of the Si crystal precipitate particles and intermetallic compounds, which are the main additive element components dispersed in the matrix of the aluminum alloy, melts into a spherical shape to form a liquid phase. Further, as shown in FIG. 2 (d), this spherical liquid phase generated in the matrix is re-dissolved in the matrix with the passage of time and temperature due to the interfacial energy, and the grain boundaries and the surface are diffused by diffusion in the solid phase. Move to. And when temperature rises to temperature T2 higher than temperature T1, liquid phase amount will increase. In addition, as shown in FIG. 1, when the Si concentration of one aluminum alloy material is a concentration c2 smaller than the maximum solid solubility limit, generation of a liquid phase starts near the solidus temperature Ts2. However, unlike the case where the Si concentration shown in FIG. 2A is the concentration c1, there may be a case where small precipitate particles are not present in the matrix in the structure immediately before melting. In this case, as shown in FIG. 2 (b), the melt first melts at the grain boundary to form a liquid phase, and then the liquid is more liquid than the locally high solute element concentration in the matrix as shown in FIG. 2 (c). A phase occurs. This spherical liquid phase generated in the matrix is re-dissolved in the matrix with the passage of time and temperature due to the interfacial energy as in the case where the Si concentration is the concentration c1, and the grain boundary and the surface are formed by diffusion in the solid phase. Move to. And when temperature rises to temperature T3 higher than temperature Ts2, liquid phase amount will increase. As described above, the structure manufacturing method according to this embodiment uses a liquid phase generated by partial melting inside the aluminum alloy material, and can realize both the joining and shape maintenance of the members to be joined. Is.

C.接合における金属組織の挙動
液相が生じた後から接合に至るまでの金属組織の挙動を説明する。図3に示すように、液相を生成するアルミニウム合金材Aと、これと接合するアルミニウム合金材Bとを用いた逆T字型接合試験片を接合し、接合箇所を観察面として顕微鏡で観察した(図3参照)。前述のように、一方のアルミニウム合金材Aの表面に生成するごく僅かな液相は、フラックス等の作用により酸化皮膜が破壊された他方のアルミニウム合金材Bとの隙間を埋める。次に、両合金材の接合界面付近にあるアルミニウム合金材Aの液相がアルミニウム合金材B内へと移動していき、この移動に伴って接合界面に接しているアルミニウム合金材Aの固相α相の結晶粒がアルミニウム合金材B内に向かって成長する。また、アルミニウム合金材Bの結晶粒もアルミニウム合金材A側へと成長する。
C. Behavior of metal structure in joining The behavior of the metal structure after the liquid phase occurs until joining is explained. As shown in FIG. 3, an inverted T-shaped test piece using an aluminum alloy material A that generates a liquid phase and an aluminum alloy material B to be bonded to the liquid phase is bonded, and the bonding location is observed with a microscope. (See FIG. 3). As described above, the very slight liquid phase generated on the surface of one aluminum alloy material A fills the gap with the other aluminum alloy material B in which the oxide film is destroyed by the action of flux or the like. Next, the liquid phase of the aluminum alloy material A in the vicinity of the joint interface between the two alloy materials moves into the aluminum alloy material B, and along with this movement, the solid phase of the aluminum alloy material A that is in contact with the joint interface. α-phase crystal grains grow into the aluminum alloy material B. Further, the crystal grains of the aluminum alloy material B also grow to the aluminum alloy material A side.

アルミニウム合金材Bが液相を生成しない合金の場合には、図4(a)に示すように、接合界面付近のアルミニウム合金材B中にアルミニウム合金材Aの組織が入り込んだような組織となってアルミニウム合金材A、Bが接合される。従って、接合界面にはアルミニウム合金材Aとアルミニウム合金材B以外の金属組織が生じない。また、アルミニウム合金材Bも液相を生成する合金の場合には、図4(b)に示すように、両合金材は完全に一体化した組織となり接合界面が判別できない。   In the case where the aluminum alloy material B is an alloy that does not generate a liquid phase, as shown in FIG. 4A, the structure of the aluminum alloy material A enters the aluminum alloy material B in the vicinity of the bonding interface. Aluminum alloy materials A and B are joined together. Therefore, no metal structure other than the aluminum alloy material A and the aluminum alloy material B is generated at the bonding interface. When the aluminum alloy material B is also an alloy that generates a liquid phase, as shown in FIG. 4B, both alloy materials have a completely integrated structure, and the bonding interface cannot be determined.

一方、アルミニウム合金材Bとしてろう材をクラッドしたブレージングシートを用いた場合には、図4(c)に示すように、接合部にフィレットが形成されると共に共晶組織が見られる。このように、アルミニウム合金材Bとしてブレージングシートを用いた場合には、図4(a)、(b)に示す接合組織とは異なる接合組織が形成される。ろう付法では接合部を液相ろうが埋めてフィレットを形成するため、接合部は周囲と異なる共晶組織が形成されるのである。また、溶接法においても接合部が局部的に溶融するため、他の部位とは異なる金属組織となる。それに対して、図4(a),(b)に示すこの実施形態に係るアルミニウム合金の接合工程では、接合部の金属組織が両被接合部材のものだけで構成され、或いは、両被接合部材が一体化したもので構成される点で、ろう付や溶接による接合組織と相違する。   On the other hand, when a brazing sheet clad with a brazing material is used as the aluminum alloy material B, a fillet is formed at the joint and a eutectic structure is seen as shown in FIG. Thus, when a brazing sheet is used as the aluminum alloy material B, a bonded structure different from the bonded structure shown in FIGS. 4A and 4B is formed. In the brazing method, a liquid phase braze fills the joint to form a fillet, so that a eutectic structure different from the surrounding is formed in the joint. Also, in the welding method, since the joint portion is locally melted, the metal structure is different from other portions. On the other hand, in the joining step of the aluminum alloy according to this embodiment shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), the metal structure of the joining portion is composed only of the members to be joined, or both the members to be joined. Is different from the joint structure by brazing or welding in that it is composed of an integrated structure.

このような接合挙動のため、この実施形態に係る接合工程では、接合部位近傍の形状変化がほとんど発生しない。すなわち、溶接法のビードや、ろう付法でのフィレットのような接合後の形状変化が、この実施形態に係る接合工程では殆ど発生しない。例えば、ブレージングシート(ろう材クラッド率が片面5%)を用いてドロンカップタイプの積層型熱交換器を組み立てた場合、ろう付け加熱後には溶融したろう材が接合部に集中するため、積層した熱交換器の高さが部材同士の接合によって5〜10%減少する。従って、製品設計においてはその減少分を考慮する必要がある。これに対して、この実施形態の接合工程では、接合後における寸法変化が5%以下と小さく、高精度の製品設計が可能となる。   Due to such bonding behavior, the shape change in the vicinity of the bonding site hardly occurs in the bonding process according to this embodiment. That is, the shape change after joining like the bead of the welding method and the fillet by the brazing method hardly occurs in the joining process according to this embodiment. For example, when a Delon cup type laminated heat exchanger is assembled using a brazing sheet (a brazing material clad rate is 5% on one side), the molten brazing material concentrates on the joint after brazing heating, so that lamination is performed. The height of the heat exchanger is reduced by 5 to 10% due to the joining of the members. Therefore, it is necessary to consider the decrease in product design. On the other hand, in the joining process of this embodiment, the dimensional change after joining is as small as 5% or less, and high-precision product design is possible.

D.酸化皮膜の破壊
アルミニウム材の表層には酸化皮膜が形成されており、これによって接合が阻害される。従って、接合においては酸化皮膜を破壊する必要がある。この実施形態の構造体の製造方法では、酸化被膜を破壊するために以下のD−1もしくはD−2に示すいずれかの方法が取られる。
D. Destruction of the oxide film An oxide film is formed on the surface layer of the aluminum material, which inhibits bonding. Therefore, it is necessary to destroy the oxide film in joining. In the structure manufacturing method of this embodiment, in order to destroy the oxide film, any of the following methods D-1 or D-2 is adopted.

D−1.フラックスによる酸化皮膜の破壊
この方法では、酸化皮膜を破壊する為に、少なくとも接合部にフラックスを塗布する。フラックスとしては、KAlFやCsAlFなどのフッ化物系フラックスや、KClやNaClなどの塩化物系フラックスなどを用いることができる。これらフラックスは、アルミニウム合金積層方法で液相が溶融する前に溶融し、酸化皮膜と反応して酸化皮膜を破壊する。
D-1. Destruction of oxide film by flux In this method, in order to destroy the oxide film, a flux is applied to at least the joint. As the flux, fluoride flux such as KAlF 4 or CsAlF 4 , chloride flux such as KCl or NaCl, or the like can be used. These fluxes melt before the liquid phase melts in the aluminum alloy lamination method, and react with the oxide film to destroy the oxide film.

また、酸化皮膜の形成を抑制するために、窒素やアルゴンなどの非酸化性ガスの雰囲気中で接合するのが好ましい。特にフッ化物系のフラックスを用いる場合は、酸素濃度を250ppm以下に抑え、露点を−25℃以下に抑えた非酸化性ガス雰囲気中で接合するのが好ましい。   Moreover, in order to suppress formation of an oxide film, it is preferable to join in an atmosphere of a non-oxidizing gas such as nitrogen or argon. In particular, when a fluoride-based flux is used, bonding is preferably performed in a non-oxidizing gas atmosphere in which the oxygen concentration is suppressed to 250 ppm or less and the dew point is suppressed to -25 ° C. or less.

更に、フッ化物系のフラックスを用いる場合、一方及び他方の被接合部材としてアルミニウム合金中にMgが0.5質量%を超えて含有されていると、フラックスとMgが反応してフラックスの酸化皮膜破壊作用が損なわれる。従って、被接合部材は、Mgの含有量が0.5質量%以下のアルミニウム合金を用いるものとする。なお、Mg含有量が0.5質量%以下の条件を満たせば、アルミニウム合金に含有される他の元素の種類や含有量は如何なるものを用いてもよい。   Furthermore, when a fluoride-based flux is used, if Mg is contained in an aluminum alloy in an amount exceeding 0.5% by mass as one and the other members to be joined, the flux reacts with Mg and the oxide film of the flux Destructive action is impaired. Therefore, an aluminum alloy having a Mg content of 0.5% by mass or less is used for the member to be joined. In addition, as long as the Mg content satisfies the condition of 0.5% by mass or less, any kind and content of other elements contained in the aluminum alloy may be used.

D−2.Mgの作用による酸化皮膜の破壊
アルミニウム合金材にMgが添加されている場合は、接合部にフラックスを塗布しなくても、アルミニウム合金材の接合工程において酸化被膜が破壊され、接合が可能になる。この場合、真空フラックスレスろう付と同様に、アルミニウム合金が溶融して液相が表層に出てきた際に、アルミニウム合金中より蒸発するMgのゲッター作用によって表面の酸化皮膜が破壊される。
D-2. Destruction of oxide film due to the action of Mg When Mg is added to the aluminum alloy material, the oxide film is destroyed in the joining process of the aluminum alloy material without applying flux to the joint, thus enabling bonding. . In this case, like the vacuum fluxless brazing, when the aluminum alloy melts and the liquid phase comes out to the surface layer, the oxide film on the surface is destroyed by the getter action of Mg that evaporates from the aluminum alloy.

Mgの作用による酸化皮膜の破壊方法の場合、酸化皮膜の形成を抑制するために、真空あるいは非酸化性雰囲気の炉を用いるのが好ましい。ただし、面接合や閉塞空間の接合の場合は乾燥大気中で接合してもよい。ガス中での接合の場合は、露点を−25℃以下に抑えることが好ましい。   In the case of a method for destroying an oxide film by the action of Mg, it is preferable to use a furnace in a vacuum or a non-oxidizing atmosphere in order to suppress the formation of the oxide film. However, in the case of surface bonding or closed space bonding, bonding may be performed in a dry atmosphere. In the case of bonding in gas, it is preferable to suppress the dew point to -25 ° C or lower.

Mgの作用により酸化皮膜を破壊する為には、アルミニウム合金材に少なくとも0.2質量%以上2.0質量%以下のMgが含有される必要がある。Mgが0.2質量%未満だとゲッター作用が十分に働かず、酸化皮膜によって接合が十分になされない。また、Mgが2.0質量%を超えると、アルミニウム合金材の表面でMgが雰囲気中の酸素と反応し、酸化物MgOが多く生成されて接合が阻害される。   In order to destroy the oxide film by the action of Mg, it is necessary that the aluminum alloy material contains at least 0.2 mass% and 2.0 mass% of Mg. When Mg is less than 0.2% by mass, the getter action does not work sufficiently, and the oxide film does not sufficiently bond. On the other hand, when Mg exceeds 2.0% by mass, Mg reacts with oxygen in the atmosphere on the surface of the aluminum alloy material, and a large amount of oxide MgO is generated to inhibit bonding.

E.液相形成に必要な時間の下限
この実施形態に係る被接合部材の接合工程では、接合部で酸化皮膜が破壊された後、両被接合部材の間に液相が充填され接合がなされる。この液相は、一方の被接合部材であるアルミニウム合金材中において生成する。液相が接合部に十分に充填される為には、液相率が5%以上である時間が30秒以上であるのが好ましい。より好ましくは、液相率5%以上の時間が60秒以上であると更に十分な充填が行われ確実な接合がなされる。なお、本接合では、液相は接合部の極近傍においてしか移動しないので、この充填に必要な時間は接合部の大きさには依存しない。なお、他方の被接合部材であるアルミニウム合金材中においても液相が生成してもよく、ここでの液相率が5%以上である時間も30秒以上であるのが好ましく、より好ましくは60秒以上である。
E. Lower limit of time required for liquid phase formation In the bonding process of the members to be bonded according to this embodiment, after the oxide film is destroyed at the bonded portion, the liquid phase is filled between the members to be bonded and bonded. This liquid phase is generated in an aluminum alloy material which is one member to be joined. In order for the liquid phase to be sufficiently filled in the joint, the time during which the liquid phase ratio is 5% or more is preferably 30 seconds or more. More preferably, when the time of the liquid phase ratio of 5% or more is 60 seconds or more, sufficient filling is performed and reliable bonding is performed. In this joining, since the liquid phase moves only in the very vicinity of the joint, the time required for this filling does not depend on the size of the joint. Note that a liquid phase may also be generated in the aluminum alloy material that is the other member to be joined, and the time during which the liquid phase ratio is 5% or more is preferably 30 seconds or more, more preferably 60 seconds or more.

F.形状維持に必要な接合時間の上限
この実施形態に係る被接合部材の接合工程では、液相を生じる一方の被接合部材であるアルミニウム合金材における液相率が5%以上である時間は、3600秒以内であるのが好ましい。3600秒を超えると、液相率が35%以下であっても被接合部材が大きく変形するおそれがある。より好ましくは、液相率が5%以上である時間が1800秒以内とすると形状変化を確実に抑制できる。なお、他方の被接合部材であるアルミニウム合金材中においても液相が生成する場合も、他方の被接合部材における液相率が5%以上である時間は3600秒以内であるのが好ましく、より好ましくは1800秒以内である。
F. Upper Limit of Joining Time Required for Maintaining Shape In the joining process of the member to be joined according to this embodiment, the time during which the liquid phase ratio in the aluminum alloy material that is one member to be joined that generates a liquid phase is 5% or more is 3600. Preferably it is within seconds. If it exceeds 3600 seconds, the bonded member may be greatly deformed even if the liquid phase ratio is 35% or less. More preferably, when the time during which the liquid phase ratio is 5% or more is set within 1800 seconds, the shape change can be reliably suppressed. Even when a liquid phase is generated in the aluminum alloy material that is the other member to be bonded, the time during which the liquid phase ratio in the other member to be bonded is 5% or more is preferably within 3600 seconds, Preferably, it is within 1800 seconds.

G.接合時における両被接合部材に加わる応力
この実施形態に係る被接合部材の接合工程では、接合部で両被接合部材が接していれば接合面に圧力を加える必要は必ずしもない。しかしながら、実際の製品の製造過程では、被接合部材同士を固定したりクリアランスを縮めたりする為に、冶具等で両被接合部材に応力が加わる場合が多い。また、自重によっても被接合部材内に応力が発生する。このとき、各被接合部材内の各部位に発生する応力は、形状と荷重から求められる。例えば、構造計算プログラムなどを用いて計算することができる。この実施形態では、接合時において液相を生じる被接合部材の各部位に発生する応力のうち最大のもの(最大応力)をP(kPa)とし、当該被接合部材であるアルミニウム合金での液相率をV(%)としたときに、P≦460−12×Vを満たすよう接合することが好ましい。この式の右辺で示される値は限界応力であり、これを超える応力が液相を生じる被接合部材に加わると、液相率が35%以内であっても被接合部材に大きな変形が発生するおそれがある。なお、両被接合部材から液相が発生する場合は、両被接合部材に対して、各々の応力P、液相率Vを用いてP≦460−12×Vを算出し、両被接合部材とも前記式を同時に満たすよう接合を行う。
G. Stress applied to both members to be joined at the time of joining In the joining process of the members to be joined according to this embodiment, it is not always necessary to apply pressure to the joining surfaces as long as both the members to be joined are in contact with each other at the joint. However, in an actual product manufacturing process, stress is often applied to both members to be joined by a jig or the like in order to fix the members to be joined or to reduce the clearance. Further, stress is also generated in the member to be joined by its own weight. At this time, the stress which generate | occur | produces in each site | part in each to-be-joined member is calculated | required from a shape and a load. For example, it can be calculated using a structural calculation program or the like. In this embodiment, P (kPa) is the maximum stress (maximum stress) generated in each part of the bonded member that generates a liquid phase during bonding, and the liquid phase of the aluminum alloy that is the bonded member When the rate is V (%), it is preferable to join so as to satisfy P ≦ 460-12 × V. The value shown on the right side of this equation is the critical stress, and if a stress exceeding this is applied to the member to be joined that generates a liquid phase, large deformation occurs in the member to be joined even if the liquid phase ratio is within 35%. There is a fear. In addition, when a liquid phase generate | occur | produces from both to-be-joined members, P <= 460-12 * V is calculated using each stress P and liquid phase rate V with respect to both to-be-joined members, and both to-be-joined members Both are joined so as to satisfy the above equations at the same time.

H.この実施形態に係る構造体の製造方法に特に適した合金
上述のようにこの実施形態に係る接合工程において、酸化皮膜の破壊にフラックスを用いる場合は、被接合部材であるアルミニウム合金材として、Mg含有量が0.5質量%以下のアルミニウム合金が用いられる。また、酸化皮膜の破壊にフラックスを用いずにMgのゲッター作用を利用する場合は、一方の被接合部材であるアルミニウム合金材として、Mg含有量が0.2質量%以上2.0質量%以下のアルミニウム合金が用いられる。この場合、他方の被接合部材であるアルミニウム合金材としては、例えばMg含有量が2.0質量%以下のアルミニウム合金が用いられる。
H. Alloy particularly suitable for the manufacturing method of the structure according to this embodiment As described above, in the joining step according to this embodiment, when flux is used for breaking the oxide film, as an aluminum alloy material to be joined, Mg An aluminum alloy having a content of 0.5% by mass or less is used. Moreover, when using the getter action of Mg without destroying the oxide film, the Mg content is 0.2 mass% or more and 2.0 mass% or less as an aluminum alloy material which is one member to be joined. The aluminum alloy is used. In this case, as the aluminum alloy material that is the other member to be joined, for example, an aluminum alloy having an Mg content of 2.0 mass% or less is used.

また、一方の被接合部材であるアルミニウム合金材として、Si元素を必須成分として含有するAl−Si合金やAl−Si−Mg合金を用いてもよい。このようなアルミニウム合金では、Siの含有量(質量濃度)Xが0.6〜3.5質量%のものが好適に用いられる。Siの含有量Xが0.6質量%未満の場合、液相率が5%〜35%となる温度範囲が狭くなり、安定した接合が困難となる場合がある。一方、Siの含有量Xが3.5質量%を超えると、固相線温度(=共晶温度)で発生する液相の量が多くなり、固相線温度から液相率35%となる温度までの温度範囲が狭くなって安定した接合が困難となる場合がある。より好ましいSiの含有量Xは、1.2〜3.0質量%である。   Moreover, you may use the Al-Si alloy and Al-Si-Mg alloy which contain Si element as an essential component as an aluminum alloy material which is one to-be-joined member. In such an aluminum alloy, a Si content (mass concentration) X of 0.6 to 3.5% by mass is preferably used. When the Si content X is less than 0.6% by mass, the temperature range in which the liquid phase ratio is 5% to 35% is narrowed, and stable bonding may be difficult. On the other hand, when the Si content X exceeds 3.5% by mass, the amount of liquid phase generated at the solidus temperature (= eutectic temperature) increases, and the liquidus ratio becomes 35% from the solidus temperature. In some cases, the temperature range up to the temperature becomes narrow and stable bonding becomes difficult. The more preferable content X of Si is 1.2 to 3.0% by mass.

また、上記Al−Si合金又はAl−Si−Mg合金は、Cu:0.05〜0.5質量%、Fe:0.05〜1.0質量%、Zn:0.2〜1.0質量%、Mn:0.1〜1.8質量%及びTi:0.01〜0.3質量%から選択される1種又は2種以上を更に含有してもよい。すなわち、Mg含有量が0.5質量%以下又は0.2質量%以上2.0質量%以下であって、Si:0.6〜3.5質量%を必須元素として含有し、Cu:0.05〜0.5質量%、Fe:0.05〜1.0質量%、Zn:0.2〜1.0質量%、Mn:0.1〜1.8質量%及びTi:0.01〜0.3質量%から選択される1種又は2種以上を選択的添加元素として更に含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなるアルミニウム合金材が好適に用いられる。   The Al-Si alloy or Al-Si-Mg alloy is Cu: 0.05 to 0.5 mass%, Fe: 0.05 to 1.0 mass%, Zn: 0.2 to 1.0 mass%. %, Mn: 0.1 to 1.8% by mass and Ti: 0.01 to 0.3% by mass may be further included. That is, Mg content is 0.5 mass% or less or 0.2 mass% or more and 2.0 mass% or less, Si: 0.6-3.5 mass% is contained as an essential element, Cu: 0 0.05 to 0.5 mass%, Fe: 0.05 to 1.0 mass%, Zn: 0.2 to 1.0 mass%, Mn: 0.1 to 1.8 mass%, and Ti: 0.01 One or two or more elements selected from ˜0.3% by mass are further contained as selective additive elements, and an aluminum alloy material made of an aluminum alloy consisting of Al and inevitable impurities is suitably used.

このようなAl−Si合金又はAl−Si−Mg合金からなるアルミニウム合金材を一方の被接合部材として他方の接合部材と接合する場合、接合時における一方の被接合部材の温度Tが、Siの含有量Xに応じて、660−39.5X≦T≦660−15.7X、且つ、T≧577を満たすように制御するのが好ましい。これによって、更に良好な接合が達成される。   When an aluminum alloy material made of such an Al—Si alloy or Al—Si—Mg alloy is joined as one joined member to the other joined member, the temperature T of one joined member during joining is Si. According to the content X, it is preferable to control so that 660-39.5X <= T <= 660-15.7X and T> = 577 are satisfy | filled. This achieves even better bonding.

さらに、一方の被接合部材であるアルミニウム合金材として、Cu元素を必須成分として含有するAl−Cu合金やAl−Cu−Mg合金を用いてもよい。このようなアルミニウム合金では、Cuの含有量(質量濃度)Yが0.7〜15.0質量%のものが好適に用いられる。Cuの含有量Yが0.7質量%未満の場合、液相率が5%〜35%となる温度範囲が狭くなり、安定した接合が困難となる場合がある。一方、Cuの含有量Yが15.0質量%を超えると、固相線温度(=共晶温度)で発生する液相の量が多くなり、固相線温度から液相率35%となる温度までの温度範囲が狭くなって安定した接合が困難となる場合がある。より好ましいCu含有量Yは、1.5〜12.0質量%である。   Furthermore, an Al—Cu alloy or an Al—Cu—Mg alloy containing Cu element as an essential component may be used as the aluminum alloy material that is one member to be joined. In such an aluminum alloy, a Cu content (mass concentration) Y of 0.7 to 15.0 mass% is preferably used. When the Cu content Y is less than 0.7% by mass, the temperature range in which the liquid phase ratio is 5% to 35% becomes narrow, and stable bonding may be difficult. On the other hand, when the Cu content Y exceeds 15.0% by mass, the amount of liquid phase generated at the solidus temperature (= eutectic temperature) increases, and the liquidus ratio becomes 35% from the solidus temperature. In some cases, the temperature range up to the temperature becomes narrow and stable bonding becomes difficult. A more preferable Cu content Y is 1.5 to 12.0% by mass.

また、上記Al−Cu合金又はAl−Cu−Mg合金は、Si:0.05〜0.8質量%、Fe:0.05〜1.0質量%、Zn:0.2〜1.0質量%、Mn:0.1〜1.8質量%及びTi:0.01〜0.3質量%から選択される1種又は2種以上を更に含有してもよい。すなわち、Mg含有量が0.5質量%以下又は0.2質量%以上2.0質量%以下であって、Cu:0.7〜15.0質量%を必須元素として含有し、Si:0.05〜0.8質量%、Fe:0.05〜1.0質量%、Zn:0.2〜1.0質量%、Mn:0.1〜1.8質量%及びTi:0.01〜0.3質量%から選択される1種又は2種以上を選択的添加元素として更に含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなるアルミニウム合金材も好適に用いられる。   The Al-Cu alloy or Al-Cu-Mg alloy is composed of Si: 0.05 to 0.8 mass%, Fe: 0.05 to 1.0 mass%, Zn: 0.2 to 1.0 mass%. %, Mn: 0.1 to 1.8% by mass and Ti: 0.01 to 0.3% by mass may be further included. That is, Mg content is 0.5 mass% or less, or 0.2 mass% or more and 2.0 mass% or less, Cu: 0.7-15.0 mass% is contained as an essential element, Si: 0 0.05-0.8 mass%, Fe: 0.05-1.0 mass%, Zn: 0.2-1.0 mass%, Mn: 0.1-1.8 mass%, and Ti: 0.01 An aluminum alloy material composed of an aluminum alloy further containing one or more elements selected from ˜0.3 mass% as a selectively added element and the balance being Al and unavoidable impurities is also preferably used.

このようなAl−Cu合金又はAl−Cu−Mg合金からなるアルミニウム合金材を一方の被接合部材として他方の接合部材と接合する場合、接合時における一方の被接合部材の温度Tが、Cuの含有量Yに応じて、660−15.6Y≦T≦660−6.9Y、且つ、T≧548を満たすように制御するのが好ましい。これによって、更に良好な接合が達成される。   When an aluminum alloy material made of such an Al—Cu alloy or Al—Cu—Mg alloy is joined as one joined member to the other joined member, the temperature T of one joined member at the time of joining is Cu. Depending on the content Y, it is preferable to control so that 660-15.6Y ≦ T ≦ 660-6.9Y and T ≧ 548. This achieves even better bonding.

I.固相線温度と液相線温度の差
この実施形態に係る接合工程では、液相を生成するアルミニウム合金材の固相線温度と液相線温度の差を10℃以上とするのが好ましい。固相線温度を超えると液相の生成が始まるが、固相線温度と液相線温度の差が小さいと、固体と液体が共存する温度範囲が狭くなり、発生する液相の量を制御することが困難となる。従って、この差を10℃以上とするのが好ましい。例えば、この条件を満たす組成を有する2元系の合金としては、Al−Si系合金、Al−Cu系合金、Al−Mg系合金、Al−Zn系合金、Al−Ni系合金などが挙げられる。前述のような共晶型合金は、固液共存領域を大きく有するので、こうした条件を満たすのに有利である。しかしながら、他の全率固溶型、包晶型、偏晶型などの合金であっても、固相線温度と液相線温度の差が10℃以上であることによって良好な接合が可能となる。また、上記の2元系合金は主添加元素以外の添加元素を含有することができ、実質的には3元系や4元系合金、更に5元以上の多元系の合金も含まれる。例えばAl−Si−Mg系やAl−Si−Cu系、Al−Si−Zn系、Al−Si−Cu−Mg系などが挙げられる。なお、固相線温度と液相線温度の差は大きくなるほど適切な液相量に制御するのが容易になる。従って、固相線温度と液相線温度の差に上限は特に設けない。
I. Difference between solidus temperature and liquidus temperature In the joining step according to this embodiment, the difference between the solidus temperature and the liquidus temperature of the aluminum alloy material that produces the liquid phase is preferably 10 ° C. or more. When the solidus temperature is exceeded, liquid phase generation begins, but if the difference between the solidus temperature and the liquidus temperature is small, the temperature range in which the solid and the liquid coexist is narrowed, and the amount of the generated liquid phase is controlled. Difficult to do. Therefore, this difference is preferably set to 10 ° C. or more. For example, examples of the binary alloy having a composition satisfying this condition include an Al—Si alloy, an Al—Cu alloy, an Al—Mg alloy, an Al—Zn alloy, and an Al—Ni alloy. . Since the eutectic type alloy as described above has a large solid-liquid coexistence region, it is advantageous to satisfy these conditions. However, even with other alloys such as all solid solution type, peritectic type, and monotectic type, good bonding is possible because the difference between the solidus temperature and the liquidus temperature is 10 ° C or more. Become. Further, the above binary alloy can contain an additive element other than the main additive element, and substantially includes a ternary alloy, a quaternary alloy, and a multi-element alloy of more than five elements. For example, Al—Si—Mg, Al—Si—Cu, Al—Si—Zn, Al—Si—Cu—Mg, and the like can be given. Note that the larger the difference between the solidus temperature and the liquidus temperature, the easier it is to control the amount of liquid phase. Therefore, there is no particular upper limit for the difference between the solidus temperature and the liquidus temperature.

J.アルミニウム合金材における添加元素の含有量
液相を生成するアルミニウム合金材の主添加元素の含有量は、例えば2元系において平衡状態図から以下のように設定することができる。接合温度をT(℃)、アルミニウムに対する主添加元素の添加量をX(質量%)、共晶温度をTe(℃)、アルミニウムに対する主添加元素の固溶限をa(質量%)、共晶点における主添加元素の含有量をb(質量%)とすると、下記式(1)を満足する範囲で接合を実施することで、より良好な液相率を得ることができる。主添加元素の添加量Xが(0.05/a+0.95/b)×(Te−660)×T+660以下であると、アルミニウム合金材で発生する液相量が不十分で接合が困難となる場合がある。一方、主添加元素の添加量Xが(0.35/a+0.65/b)×(Te−660)×T+660以上であると、発生する液相の量が多過ぎて接合による大きな形状変化が生じる場合がある。従って、添加元素の添加量Xは下記式(1)を満足することが望ましい。
J. et al. Content of additive element in aluminum alloy material The content of the main additive element in the aluminum alloy material that generates a liquid phase can be set as follows from an equilibrium diagram in a binary system, for example. The joining temperature is T (° C.), the addition amount of the main additive element to aluminum is X (mass%), the eutectic temperature is Te (° C.), the solid solubility limit of the main additive element to aluminum is a (mass%), the eutectic crystal If the content of the main additive element at the point is b (mass%), a better liquid phase ratio can be obtained by performing the joining within a range satisfying the following formula (1). When the additive amount X of the main additive element is (0.05 / a + 0.95 / b) × (Te−660) × T + 660 or less, the amount of liquid phase generated in the aluminum alloy material is insufficient and joining becomes difficult. There is a case. On the other hand, if the additive amount X of the main additive element is (0.35 / a + 0.65 / b) × (Te−660) × T + 660 or more, the amount of the generated liquid phase is too large, resulting in a large shape change due to bonding. May occur. Therefore, it is desirable that the addition amount X of the additive element satisfies the following formula (1).

(0.05/a+0.95/b)×(Te−660)×T+660<X<(0.35/a+0.65/b)×(Te−660)×T+660 ・・・(1)   (0.05 / a + 0.95 / b) × (Te−660) × T + 660 <X <(0.35 / a + 0.65 / b) × (Te−660) × T + 660 (1)

K.接合後における結晶粒径
通常、アルミニウム合金は、高温、低応力下では結晶粒自体の塑性変形に優先して結晶粒界でずれる粒界すべりによって変形する。特にこの実施形態の接合時のような固液共存域においては、粒界が優先して溶融しており、結晶粒径が小さいと単位体積中の粒界が多くなって粒界すべりによる変形が発生し易くなる。固液共存域での結晶粒径が小さ過ぎると、自重により粒界すべりが発生し易くなり、加熱中の形状変化が大きくなってしまうおそれがある。ここで、接合中の固液共存域にある結晶粒径を、直接測定することは困難であるため、接合中の固液共存域にある結晶粒径と接合加熱後の結晶粒径との関係を調べた。通常のろう付炉の冷却工程(加熱後30℃/分で400℃まで冷却)で冷却した際の結晶粒径を測定して、これを接合中の固液共存域にある結晶粒径とした。次いで、接合加熱温度で保持後に水冷した際の結晶粒径を測定し、接合加熱後の結晶粒径とした。両者を比較したところ、結晶粒径はほぼ同じであった。従って、接合加熱後の結晶粒径は接合中の固液共存域にある結晶粒径と同等であるといえる。そこで、この実施形態では、接合中の固液共存域にある結晶粒径を加熱後の結晶粒径によって評価する。この実施形態に係る接合工程では、加熱後の結晶粒径が50μm未満のときには、自重により粒界すべりが発生し易くなり、接合時間が長いと被接合部材の変形が促進される場合がある。したがって、加熱後の結晶粒径が50μm以上であるのが好ましいといえる。なお、結晶粒径の測定はJIS H:501に準拠した切断法により測定した。
K. Crystal grain size after joining Normally, an aluminum alloy is deformed by a grain boundary slip that deviates at the crystal grain boundary in preference to plastic deformation of the crystal grain itself under high temperature and low stress. In particular, in the solid-liquid coexistence zone as in the bonding of this embodiment, the grain boundary is preferentially melted, and if the crystal grain size is small, the grain boundary in the unit volume increases and deformation due to grain boundary sliding occurs. It tends to occur. If the crystal grain size in the solid-liquid coexistence region is too small, grain boundary slip is likely to occur due to its own weight, and the shape change during heating may increase. Here, since it is difficult to directly measure the crystal grain size in the solid-liquid coexistence zone during bonding, the relationship between the crystal grain size in the solid-liquid coexistence zone during bonding and the crystal grain size after bonding heating I investigated. The crystal grain size when cooled in a normal brazing furnace cooling process (cooled to 400 ° C. at 30 ° C./min after heating) was measured, and this was set as the crystal grain size in the solid-liquid coexistence region during joining. . Next, the crystal grain size when held at the bonding heating temperature and then water-cooled was measured, and was defined as the crystal grain size after bonding heating. When both were compared, the crystal grain size was almost the same. Therefore, it can be said that the crystal grain size after bonding heating is equivalent to the crystal grain size in the solid-liquid coexistence region during bonding. Therefore, in this embodiment, the crystal grain size in the solid-liquid coexistence region during bonding is evaluated by the crystal grain size after heating. In the bonding step according to this embodiment, when the crystal grain size after heating is less than 50 μm, grain boundary slip is likely to occur due to its own weight, and if the bonding time is long, deformation of the members to be bonded may be promoted. Therefore, it can be said that the crystal grain size after heating is preferably 50 μm or more. The crystal grain size was measured by a cutting method based on JIS H: 501.

L.接合方法
この実施形態の接合工程では、基本として、被接合部材は炉中で加熱される。炉の形状に特に制限はなく、例えば1室構造のバッチ炉、自動車用熱交換器の製造などに用いられる連続炉などを用いることができる。なお、炉中の雰囲気に制限はないが、前述の通り非酸化性雰囲気中で行うことが好ましい。
L. Bonding Method In the bonding process of this embodiment, the member to be bonded is basically heated in a furnace. There is no restriction | limiting in particular in the shape of a furnace, For example, the continuous furnace etc. which are used for manufacture of the batch furnace of a one-chamber structure, the heat exchanger for motor vehicles, etc. can be used. The atmosphere in the furnace is not limited, but is preferably performed in a non-oxidizing atmosphere as described above.

(実施例1)
表1に示すAl−Si系合金2種(合金1、2)を用いて図5(b)に示す三次元流路(中空部)を有するアルミニウム積層構造体を作製した。アルミニウム積層構造体の作製には、この実施形態に係る製造方法と、比較例として従来工法である、ろう付け、拡散接合に加え鋳物工法および、機械加工を用いた。中空部を有する積層構造体の作製結果を表2に示す。表2及び口述する表3,4では、目的とする積層構造体が得られ、流路の確保が行えた場合を「○」として示し、成形が行えなかった、または中空部を含め形状に不具合の発生した場合を「×」として示している。ここで、この実施形態に係る製造方法、ろう付け、拡散接合では、初めに、長さLが100mm、幅Wが50mm、厚さtが3mmの板材を複数用意し、続いて、複数の板材に、プレス打ち抜きで直径φが5mmの切抜き部1を所定箇所に設けるとともに、一部の板材には、5mmの直径φに代えて80mmの直径φを有する切抜き部1を所定箇所に設け(図5(a)参照)、切抜き部を有する板材を50枚重ねて高さ150mmの積層構造体を製造している(図5(b)参照)。積層構造体には、板材の切抜き部が連通することによって中空部が形成される。具体的には、図5に示すように、直径φが80mmの切抜き部を有する板材が積層方向の略中央に配置されるとともに、この板材の上下に、直径φが5mmの切抜き部を有する板材が、切抜き部が略垂直に並ぶよう積層され、中空部として、2つの垂直な流路が中央付近の踊り場で連結される形状に積層構造体が形成されるものとした。また、中空部は、その全長が180mmの流路となるように調整されるものとした。
(Example 1)
An aluminum laminated structure having a three-dimensional flow path (hollow part) shown in FIG. 5B was produced using two types of Al—Si based alloys shown in Table 1 (alloys 1 and 2). For the production of the aluminum laminated structure, a casting method and machining were used in addition to the manufacturing method according to this embodiment and, as a comparative example, conventional methods such as brazing and diffusion bonding. Table 2 shows the results of manufacturing the laminated structure having the hollow portion. In Table 2 and Tables 3 and 4 to dictate, the target laminated structure was obtained, and the case where the flow path could be secured was indicated as “◯”, and the molding could not be performed or the shape including the hollow part was defective. The case where the occurrence of is shown as “×”. Here, in the manufacturing method, brazing, and diffusion bonding according to this embodiment, first, a plurality of plate materials having a length L of 100 mm, a width W of 50 mm, and a thickness t of 3 mm are prepared, and then a plurality of plate materials. In addition, a cutout portion 1 having a diameter φ of 5 mm is provided at a predetermined location by press punching, and a cutout portion 1 having a diameter φ of 80 mm is provided at a predetermined location on some plate materials instead of the diameter φ of 5 mm (see FIG. 5 (a)), a laminated structure having a height of 150 mm is manufactured by stacking 50 plate members having cutout portions (see FIG. 5B). A hollow portion is formed in the laminated structure by communicating cutout portions of the plate material. Specifically, as shown in FIG. 5, a plate material having a cutout portion having a diameter φ of 80 mm is disposed at the approximate center in the stacking direction, and a plate material having cutout portions having a diameter φ of 5 mm above and below the plate material. However, the laminated structure is formed in a shape in which the cutout portions are stacked so as to be aligned substantially vertically, and the two vertical flow paths are connected by a landing near the center as a hollow portion. Moreover, the hollow part shall be adjusted so that the full length may become a flow path of 180 mm.

Figure 0005901251
Figure 0005901251
Figure 0005901251
Figure 0005901251

表2に示す製造例1,2はそれぞれ、表1に示す合金1、2に対するこの実施形態による製造例であり、上記の板材を窒素雰囲気中で600℃まで昇温し、その温度に2分間保持した後に、室温で自然冷却した。製造条件として、窒素雰囲気は、酸素濃度100ppm以下で露点−45℃以下に管理した。昇温速度は、520℃以上において、10℃/分とした。なお、製造例1ではKAlFからなるフラックスを用い、製造例2ではフラックスを用いていない。また、製造例1、2では、加熱中に特別な加圧は行っていないが、冶具の押さえの荷重や自重により、被接合部材に最大で0.01MPa程度の応力が掛かっていた。製造例1,2では、接合時に、接合面に液相がしみ出すことにより、被接合部材が良好に接合され、目的とする中空部を有する積層構造体を得ることができた。 Production examples 1 and 2 shown in Table 2 are production examples according to this embodiment for alloys 1 and 2 shown in Table 1, respectively. After holding, it was naturally cooled at room temperature. As production conditions, the nitrogen atmosphere was controlled at an oxygen concentration of 100 ppm or less and a dew point of −45 ° C. or less. The heating rate was 10 ° C./min at 520 ° C. or higher. In Production Example 1, a flux composed of KAlF 4 is used, and in Production Example 2, no flux is used. Further, in Production Examples 1 and 2, no special pressurization was performed during heating, but a stress of about 0.01 MPa at the maximum was applied to the member to be joined due to the pressing load and weight of the jig. In Production Examples 1 and 2, the liquid phase oozes out to the joining surface during joining, so that the members to be joined are satisfactorily joined, and a laminated structure having a target hollow portion can be obtained.

表2に示す比較例1,2はそれぞれ、表1に示す合金1、2に対して非腐食性フラックスを塗布したろう付工法を用いたものである。長さLが90mm、幅Wが40mm、厚さtが0.3mmの箔状のJIS 4043ろう材を、切抜き部を避けるように被接合部材同士の間に配置した。ろう付けは炉内に不活性ガスとして窒素ガスを流し炉内の酸素濃度を20ppm以下に調整した雰囲気中で実施した。積層体の温度を測定し、温度が600℃となるまでの到達時間が10分程度となるような昇温条件で加熱した後に600℃で3分間保持し、その後冷却して炉外に取り出した。しかし、ろう材が変形するためにろう付け後に積層体の形状が崩れてしまって、積層構造体の形状を維持することができなかった。また、中空部にもろう材が流れ出してφ5mmの穴を埋めてしまう部分も存在し、目的の積層構造体は得られなかった。   In Comparative Examples 1 and 2 shown in Table 2, a brazing method in which a non-corrosive flux is applied to Alloys 1 and 2 shown in Table 1 is used. A foil-like JIS 4043 brazing material having a length L of 90 mm, a width W of 40 mm, and a thickness t of 0.3 mm was disposed between the members to be joined so as to avoid the cutout portion. Brazing was carried out in an atmosphere in which nitrogen gas was passed as an inert gas in the furnace and the oxygen concentration in the furnace was adjusted to 20 ppm or less. The temperature of the laminate was measured, heated at a temperature rising condition such that the time until the temperature reached 600 ° C. was about 10 minutes, held at 600 ° C. for 3 minutes, then cooled and taken out of the furnace. . However, since the brazing material is deformed, the shape of the laminated body collapses after brazing, and the shape of the laminated structure cannot be maintained. In addition, there was a portion where the brazing material flowed out into the hollow portion and filled the hole of φ5 mm, and the target laminated structure could not be obtained.

表2に示す比較例3,4はそれぞれ、表1に示す合金1、2に対して拡散接合を用いたものである。板材を有機溶媒で洗浄した後に積層し、真空炉に入れて加熱した。加熱条件は、固相線温度よりも30℃低い545℃とした。所定の温度まで加熱した後、10分程度放置し、加圧を開始した。加圧力は、3MPaとした。60分加圧した後、加圧を解除し、炉冷によって室温付近に温度を下げた後で積層体を炉内から取り出した。しかし、加圧のために接合後に積層体の形状が崩れてしまったり、被接合部材同士の接合が不十分だったりして、積層構造体の形状を維持することができず、目的の積層構造体は得られなかった。   In Comparative Examples 3 and 4 shown in Table 2, diffusion bonding was used for Alloys 1 and 2 shown in Table 1, respectively. The plate material was washed with an organic solvent, laminated, and then placed in a vacuum furnace and heated. The heating condition was 545 ° C., which is 30 ° C. lower than the solidus temperature. After heating to a predetermined temperature, it was left for about 10 minutes and pressurization was started. The applied pressure was 3 MPa. After pressurizing for 60 minutes, the pressurization was released, the temperature was lowered to near room temperature by furnace cooling, and then the laminate was taken out from the furnace. However, the shape of the laminated body collapses after joining due to pressurization, or the joining of the members to be joined is insufficient, and the shape of the laminated structure cannot be maintained, and the desired laminated structure No body was obtained.

表2に示す比較例5,6はそれぞれ、表1に示す合金1、2に対して砂型による鋳物工法を用いたものである。しかし、鋳物工法を用いた場合には、中空部を形成できず、いずれの合金を用いた場合にも目的の積層構造体が得られなかった。また、表2に示す比較例7,8はそれぞれ、表1に示す合金1、2に対して機械加工を用いたものである。機械加工による構造体の製造として、最終形状である長さLが100mm、幅Wが50mm、高さHが100mmのアルミニウム合金ブロックを用意し、精密MC加工機で切削加工を行った。しかし、機械加工を用いた場合には、上面および下面の穴は得られたが、中間部に設けた踊り場状の中空部には切削工具が入らず、加工が行えなかった。このため、目的の構造体は得られなかった。   In Comparative Examples 5 and 6 shown in Table 2, sand casting methods are used for Alloys 1 and 2 shown in Table 1, respectively. However, when the casting method is used, the hollow portion cannot be formed, and the target laminated structure cannot be obtained when any alloy is used. Further, Comparative Examples 7 and 8 shown in Table 2 are obtained by machining the alloys 1 and 2 shown in Table 1, respectively. As the manufacture of the structure by machining, an aluminum alloy block having a final shape having a length L of 100 mm, a width W of 50 mm, and a height H of 100 mm was prepared and cut by a precision MC processing machine. However, when machining was used, holes on the upper surface and the lower surface were obtained, but no cutting tool was inserted into the landing-like hollow portion provided in the intermediate portion, and machining was not possible. For this reason, the target structure was not obtained.

(実施例2)
表1に示すAl−Zn−Mg合金(合金3)を用いて図6(c)に示す形状の三次元流路(中空部)を有するアルミニウム積層構造体を作製した。アルミニウム積層構造体の作製には、この実施形態に係る製造方法と、比較例として従来工法である、ろう付け、拡散接合に加え鋳物工法および、機械加工を用いた。中空部を有する積層構造体の作製結果を表3に示す。ここで、この実施形態に係る製造方法、ろう付け、拡散接合では、直径φが100mm、厚さtが5mmの円板にドリル穴あけ加工で直径φが3mmの切抜き部2を所定箇所に設け(図6(a)参照)、切抜き部を有する板材を50枚重ねて高さ250mmの積層構造体を製造している。積層構造体には、板材の切抜き部が連通することによって中空部が形成される。具体的には、板材の位相をずらして(板材を回転させて)積層することによって(図6(b)、(c)参照)、長さ700mmのらせん状の流路が形成されるように調整するものとした。
(Example 2)
Using an Al—Zn—Mg alloy (alloy 3) shown in Table 1, an aluminum laminated structure having a three-dimensional flow path (hollow part) having a shape shown in FIG. For the production of the aluminum laminated structure, a casting method and machining were used in addition to the manufacturing method according to this embodiment and, as a comparative example, conventional methods such as brazing and diffusion bonding. Table 3 shows the results of manufacturing the laminated structure having the hollow portion. Here, in the manufacturing method, brazing, and diffusion bonding according to this embodiment, a cutout portion 2 having a diameter φ of 3 mm is provided at a predetermined position by drilling a disk having a diameter φ of 100 mm and a thickness t of 5 mm ( A laminated structure having a height of 250 mm is manufactured by stacking 50 plate materials having cutout portions, as shown in FIG. A hollow portion is formed in the laminated structure by communicating cutout portions of the plate material. Specifically, by laminating the phase of the plate material (rotating the plate material) (see FIGS. 6B and 6C), a spiral flow path having a length of 700 mm is formed. It was supposed to be adjusted.

Figure 0005901251
Figure 0005901251

表3に示す製造例3は、この実施形態による製造例であり、上記の試験片を真空雰囲気中で630℃まで昇温し、その温度に3分間保持した後に、炉中で自然冷却した。製造条件として、真空雰囲気は、10−5torr以下に管理した。昇温速度は、520℃以上において、10℃/分とした。なお、製造例3では、接合部にフラックスを使用していない。製造例3では、接合時に、接合面に液相がしみ出すことにより、被接合部材が良好に接合され、目的とする中空部を有する積層構造体を得ることができた。 Production Example 3 shown in Table 3 is a production example according to this embodiment. The test piece was heated to 630 ° C. in a vacuum atmosphere, held at that temperature for 3 minutes, and then naturally cooled in a furnace. As manufacturing conditions, the vacuum atmosphere was controlled to 10 −5 torr or less. The heating rate was 10 ° C./min at 520 ° C. or higher. In Production Example 3, no flux is used at the joint. In Production Example 3, the liquid phase oozes out on the joining surface during joining, so that the members to be joined are joined well and a laminated structure having a target hollow portion can be obtained.

表3に示す比較例9は、非腐食性フラックスを塗布したろう付工法を用いたものである。直径φが90mm、厚さtが0.3mmの箔状のJIS 4043ろう材を、切抜き部を避けるように被接合部材同士の間に配置した。ろう付けは炉内に不活性ガスとして窒素ガスを流し炉内の酸素濃度を20ppm以下に調整した雰囲気中で実施した。積層体の温度を測定し、温度が630℃となるまでの到達時間が10分程度となるような昇温条件で加熱した後に630℃で3分間保持し、その後冷却して炉外に取り出した。しかし、合金3であるAl−Zn−Mg合金は、ろう付け工法に不向きであり、全くろう付けできず、目的の積層体は得られなかった。   Comparative Example 9 shown in Table 3 uses a brazing method in which a non-corrosive flux is applied. A foil-like JIS 4043 brazing material having a diameter φ of 90 mm and a thickness t of 0.3 mm was disposed between the members to be joined so as to avoid the cutout portion. Brazing was carried out in an atmosphere in which nitrogen gas was passed as an inert gas in the furnace and the oxygen concentration in the furnace was adjusted to 20 ppm or less. The temperature of the laminate was measured, heated at a temperature rising condition such that the time until the temperature reached 630 ° C. was about 10 minutes, held at 630 ° C. for 3 minutes, then cooled and taken out of the furnace. . However, the Al—Zn—Mg alloy, which is Alloy 3, is unsuitable for the brazing method and cannot be brazed at all, and the desired laminate was not obtained.

表3に示す比較例10は、拡散接合を用いたものである。板材を有機溶媒で洗浄した後に積層し、真空炉に入れて加熱した。加熱条件は、固相線温度よりも30℃低い600℃とした。所定の温度まで加熱した後、10分程度放置し、加圧を開始した。加圧力は、3MPaとした。60分加圧した後、加圧を解除し、炉冷によって室温付近になった後で積層体を炉内から取り出した。しかし、加圧のために接合後に積層体の形状が崩れてしまったり、被接合部材同士の接合が不十分だったりして、積層構造体の形状を維持することができず、目的の積層体は得られなかった。   Comparative Example 10 shown in Table 3 uses diffusion bonding. The plate material was washed with an organic solvent, laminated, and then placed in a vacuum furnace and heated. The heating condition was 600 ° C., which is 30 ° C. lower than the solidus temperature. After heating to a predetermined temperature, it was left for about 10 minutes and pressurization was started. The applied pressure was 3 MPa. After pressurizing for 60 minutes, the pressurization was released, and the laminate was taken out of the furnace after the temperature became near room temperature by furnace cooling. However, the shape of the laminated body collapses after joining due to pressurization, or the joining of the members to be joined is insufficient, and the shape of the laminated structure cannot be maintained. Was not obtained.

表3に示す比較例11は、砂型による鋳物工法を用いたものである。しかし、鋳物工法を用いた場合には、らせん中空部を形成できず、目的の積層構造体が得られなかった。また、表3に示す比較例12は、機械加工を用いたものである。機械加工による構造体の製造として、最終形状である直径φが100mm、高さHが250mmの円柱状のアルミニウム合金ブロックを用意し、精密MC加工機で切削加工を行った。しかし、機械加工を用いた場合には、らせん状の中空部に切削工具が入らず、加工が行えなかった。このため、目的の構造体は得られなかった。   Comparative Example 11 shown in Table 3 uses a sand casting method. However, when the casting method was used, the spiral hollow portion could not be formed, and the desired laminated structure could not be obtained. Moreover, the comparative example 12 shown in Table 3 uses machining. As the manufacture of the structure by machining, a cylindrical aluminum alloy block having a final shape having a diameter φ of 100 mm and a height H of 250 mm was prepared and cut by a precision MC processing machine. However, when machining was used, the cutting tool did not enter the spiral hollow portion, and machining could not be performed. For this reason, the target structure was not obtained.

(実施例3)
表1に示すAl−Cu系合金(合金4)を用いて図7(c)に示す形状の三次元流路(中空部)を有するアルミニウム積層構造体を作製した。このアルミニウム積層構造体は、冷却または加温用の流体を流しながらロール加工を行うための圧延ロール形状を模擬している。図7に示すアルミニウム積層構造体の作製には、この実施形態に係る製造方法と、比較例として従来工法である、ろう付け、拡散接合に加え鋳物工法および、機械加工を用いた。中空部を有する積層構造体の作製結果を表4に示す。ここで、この実施形態に係る製造方法、ろう付け、拡散接合では、直径φが200mm、厚さtが5mmの円板にドリル穴あけ加工で直径φ3mmの切抜き部2を所定箇所に設けるとともに、ドリル穴あけ加工で直径φ30mmの穴3を中央に設け(図7(a)参照)、切抜き部を有する板材を60枚重ねて高さ300mmの積層構造体を製造している。積層構造体には、長さを1000mmのらせん状の流路が形成されるように実施例3と同様に各板材を回転させることにより位相をつけて調整を行った(図7(b)、(c)参照)。更にこの積層構造体では、中央の穴が垂直に連通し、中心軸を相通させることができる。
(Example 3)
Using an Al—Cu alloy (Alloy 4) shown in Table 1, an aluminum laminated structure having a three-dimensional flow path (hollow part) having the shape shown in FIG. This aluminum laminated structure simulates a rolling roll shape for performing roll processing while flowing a cooling or heating fluid. For the production of the aluminum laminated structure shown in FIG. 7, a casting method and machining were used in addition to the manufacturing method according to this embodiment and, as a comparative example, conventional methods such as brazing and diffusion bonding. Table 4 shows the results of manufacturing the laminated structure having the hollow portion. Here, in the manufacturing method, brazing, and diffusion bonding according to this embodiment, a cutout portion 2 having a diameter of 3 mm is provided at a predetermined position by drilling a disk having a diameter of 200 mm and a thickness of 5 mm, and a drill is provided. A hole 3 having a diameter of 30 mm is provided in the center (see FIG. 7A), and 60 sheets of cutouts are stacked to produce a laminated structure having a height of 300 mm. In the laminated structure, a phase was adjusted by rotating each plate material in the same manner as in Example 3 so that a spiral flow path having a length of 1000 mm was formed (FIG. 7B). (See (c)). Furthermore, in this laminated structure, the central hole communicates vertically and the central axis can communicate.

Figure 0005901251
Figure 0005901251

表4に示す製造例4は、この実施形態による製造例であり、上記の試験片を窒素雰囲気中で605℃まで昇温し、その温度に5分間保持した後に、4℃/minで冷却を行い、300℃×5minで再加熱を行った。窒素雰囲気は、酸素濃度100ppm以下で露点−45℃以下に管理した。製造条件として、昇温速度は、520℃以上において、10℃/分とした。なお、製造例4では、接合部にフラックスを使用していない。製造例4では、接合時に、接合面に液相がしみ出すことにより、被接合部材が良好に接合され、目的とする中空部を有する積層構造体を得ることができた。また、接合後の熱処理により高強度な積層体となり、軸部材を挿入し固定することにより冷却または加温用の流体を流しながらロール加工を行うための圧延ロール形状を得ることが出来た。   Production Example 4 shown in Table 4 is a production example according to this embodiment. The test piece was heated to 605 ° C. in a nitrogen atmosphere, held at that temperature for 5 minutes, and then cooled at 4 ° C./min. And reheated at 300 ° C. for 5 minutes. The nitrogen atmosphere was controlled at an oxygen concentration of 100 ppm or less and a dew point of −45 ° C. or less. As a manufacturing condition, the heating rate was 10 ° C./min at 520 ° C. or higher. In Production Example 4, no flux is used at the joint. In Production Example 4, the liquid phase oozes out on the joining surface during joining, so that the members to be joined are joined well and a laminated structure having a target hollow portion can be obtained. Moreover, it became a high-strength laminated body by the heat processing after joining, and it was able to obtain the rolling roll shape for performing a roll process, flowing the cooling or heating fluid by inserting and fixing a shaft member.

表4に示す比較例13は、非腐食性フラックスを塗布したろう付工法を用いたものである。直径φが90mm、厚さtが0.3mmの箔状のJIS 4043ろう材を、切抜き部を避けるように被接合部材同士の間に配置した。ろう付けは炉内に不活性ガスとして窒素ガスを流し炉内の酸素濃度を20ppm以下に調整した雰囲気中で実施した。積層体の温度を測定し、温度が600℃となるまでの到達時間が10分程度となるような昇温条件で加熱した後に600℃で3分間保持し、その後冷却して炉外に取り出した。しかし合金4であるAl−Cu合金は、ろう付け工法に不向きであり、全くろう付けできず、目的の積層体は得られなかった。   Comparative Example 13 shown in Table 4 uses a brazing method in which a non-corrosive flux is applied. A foil-like JIS 4043 brazing material having a diameter φ of 90 mm and a thickness t of 0.3 mm was disposed between the members to be joined so as to avoid the cutout portion. Brazing was carried out in an atmosphere in which nitrogen gas was passed as an inert gas in the furnace and the oxygen concentration in the furnace was adjusted to 20 ppm or less. The temperature of the laminate was measured, heated at a temperature rising condition such that the time until the temperature reached 600 ° C. was about 10 minutes, held at 600 ° C. for 3 minutes, then cooled and taken out of the furnace. . However, the Al—Cu alloy, which is Alloy 4, is unsuitable for the brazing method and cannot be brazed at all, and the desired laminate was not obtained.

表4に示す比較例14は、拡散接合を用いたものである。板材を有機溶媒で洗浄した後に積層し、真空炉に入れて加熱した。加熱条件は、固相線温度よりも30℃低い600℃とした。所定の温度まで加熱した後、10分程度放置し、加圧を開始した。加圧力は、3MPaとした。60分加圧した後、加圧を解除し、炉冷によって室温付近になった後で積層体を炉内から取り出した。しかし、加圧のために接合後に積層体の形状が崩れてしまったり、被接合部材同士の接合が不十分だったりして、積層構造体の形状を維持することができず、目的の積層体は得られなかった。   Comparative Example 14 shown in Table 4 uses diffusion bonding. The plate material was washed with an organic solvent, laminated, and then placed in a vacuum furnace and heated. The heating condition was 600 ° C., which is 30 ° C. lower than the solidus temperature. After heating to a predetermined temperature, it was left for about 10 minutes and pressurization was started. The applied pressure was 3 MPa. After pressurizing for 60 minutes, the pressurization was released, and the laminate was taken out of the furnace after the temperature became near room temperature by furnace cooling. However, the shape of the laminated body collapses after joining due to pressurization, or the joining of the members to be joined is insufficient, and the shape of the laminated structure cannot be maintained. Was not obtained.

表4に示す比較例15は、砂型による鋳物工法を用いたものである。しかし、鋳物工法を用いた場合には、らせん中空部を形成できず、目的の積層構造体が得られなかった。また、表4に示す比較例16は、機械加工を用いたものである。機械加工による構造体の製造として、最終形状である直径φが200mm、高さHが300mmの円柱状のアルミニウム合金ブロックを用意し、精密MC加工機で切削加工を行った。しかし、機械加工を用いた場合には、らせん状の中空部に切削工具が入らず、加工が行えなかった。このため、目的の構造体は得られなかった。   Comparative Example 15 shown in Table 4 uses a casting method using a sand mold. However, when the casting method was used, the spiral hollow portion could not be formed, and the desired laminated structure could not be obtained. Moreover, the comparative example 16 shown in Table 4 uses machining. As the manufacture of the structure by machining, a cylindrical aluminum alloy block having a final shape having a diameter φ of 200 mm and a height H of 300 mm was prepared and cut with a precision MC processing machine. However, when machining was used, the cutting tool did not enter the spiral hollow portion, and machining could not be performed. For this reason, the target structure was not obtained.

以上説明した実施形態の構造体の製造方法では、Mgを0.5質量%以内または0.2質量%以上2.0質量%以下含むアルミニウム合金板を被接合部材とし、このアルミニウム合金板の液相の質量の比が5%以上35%以下である温度域に30秒以上3600秒以内保持して複数の被接合部材を接合するので、はんだ材やろう材、溶化材などを用いることなく単層材で接合を行うことができ、接合による寸法や形状変化を小さくすることができる。また、拡散接合を用いる場合と比べて、加圧が不要であり、接合に要する時間を短縮でき、接合面の清浄化処理のための特殊な工程を必要としない。つまり、この実施形態の構造体の製造方法によって、中空部を有する構造体を容易に製造することができる。また、被接合部材として、熱処理型合金を用いることによって、接合の冷却途中もしくは冷却後の再加熱により熱処理を行うことで、固溶硬化や析出硬化によって接合後の強度を確保することもできる。   In the structure manufacturing method of the embodiment described above, an aluminum alloy plate containing Mg within 0.5% by mass or 0.2% by mass to 2.0% by mass is used as a member to be joined, and the liquid of this aluminum alloy plate is used. Since a plurality of members to be joined are joined within a temperature range in which the mass ratio of the phase is 5% or more and 35% or less for 30 seconds or more and 3600 seconds or less, a solder material, a brazing material, a solution material, etc. are not used. Bonding can be performed with layer materials, and the size and shape change due to bonding can be reduced. Further, as compared with the case where diffusion bonding is used, pressurization is unnecessary, the time required for bonding can be shortened, and a special process for cleaning the bonding surface is not required. That is, the structure having a hollow portion can be easily manufactured by the structure manufacturing method of this embodiment. Further, by using a heat treatment type alloy as a member to be joined, the strength after joining can be ensured by solid solution hardening or precipitation hardening by performing heat treatment during cooling of joining or by reheating after cooling.

上述した実施例1〜3では、直方体状や円盤状のアルミニウム合金板を被接合部材としたが、被接合部材は、積層する際に隙間を生じない程度の平滑を有しておればよく、厚みなどの形状は如何なるものでもよい。   In Examples 1 to 3 described above, a rectangular parallelepiped or disk-shaped aluminum alloy plate was used as the member to be joined, but the member to be joined should have a smoothness that does not cause a gap when laminated. Any shape such as thickness may be used.

また、切抜き部は、プレス打ち抜き、はさみ等各種工法による切断、エッチング、レーザ加工、ドリル等の穴あけ加工などにて得られればよく、形状などは如何なるものでもよい。   Further, the cutout portion may be obtained by cutting by various methods such as press punching, scissors, etching, laser processing, drilling processing such as drilling, etc., and any shape may be used.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、様々な変更(構成要素の削除等を含む)をなし得ることはいうまでもない。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications (including deletion of constituent elements) without departing from the scope of the present invention. ) Needless to say,

c1、c2 Si濃度
T、T1〜T3・・温度
Te、Ts2 固相線温度
1、2 切抜き部
3 穴
4 軸
c1, c2 Si concentration T, T1-T3..Temperature Te, Ts2 Solidus temperature 1, 2, Cutout 3 Hole 4 Axis

Claims (3)

被接合部材を積層して中空部を有する構造体を製造する方法であって、
前記被接合部材の少なくとも一部として、マグネシウムの含有量が0.5質量%以下であり、切抜き部が形成されたアルミニウム合金板を用意する工程と、
隣り合う前記被接合部材のうちの少なくとも一方が前記アルミニウム合金板となるとともに前記切抜き部が連通して前記中空部が形成されるように複数の前記被接合部材を積層し、前記アルミニウム合金板の液相の質量の比が5%以上35%以下である温度域に30秒以上3600秒以内保持して複数の前記被接合部材を接合する工程と、
を含み、
前記被接合部材を接合する工程では、前記液相を生じるアルミニウム合金材に発生する最大応力をP(kPa)とし、当該アルミニウム合金板内に生じる液相の質量の比をV(%)としたときに、P≦460−12×Vを満たす条件で前記被接合部材を接合する、
ことを特徴とする構造体の製造方法。
A method of manufacturing a structure having a hollow portion by laminating members to be joined,
A step of preparing an aluminum alloy plate having a magnesium content of 0.5% by mass or less and a cutout portion formed as at least a part of the members to be joined;
A plurality of the members to be bonded are stacked so that at least one of the adjacent members to be bonded becomes the aluminum alloy plate and the cutout portion communicates to form the hollow portion. and bonding a plurality of said workpieces ratio of the mass of the liquid phase is held within 3600 seconds 30 seconds to a temperature range 35% or less on 5% or more,
Only including,
In the step of joining the members to be joined, the maximum stress generated in the aluminum alloy material generating the liquid phase is P (kPa), and the ratio of the mass of the liquid phase generated in the aluminum alloy plate is V (%). Sometimes, the members to be joined are joined under the condition satisfying P ≦ 460-12 × V.
A structure manufacturing method characterized by the above.
被接合部材を積層して中空部を有する構造体を製造する方法であって、
前記被接合部材の少なくとも一部として、マグネシウムの含有量が0.2質量%以上2.0質量%以下であり、切抜き部が形成されたアルミニウム合金板を用意する工程と、
隣り合う前記被接合部材のうちの少なくとも一方が前記アルミニウム合金板となるとともに前記切抜き部が連通して前記中空部が形成されるように複数の前記被接合部材を積層し、前記アルミニウム合金板の液相の質量の比が5%以上35%以下である温度域に30秒以上3600秒以内保持して複数の前記被接合部材を接合する工程と、
を含み、
前記被接合部材を接合する工程では、前記液相を生じるアルミニウム合金材に発生する最大応力をP(kPa)とし、当該アルミニウム合金板内に生じる液相の質量の比をV(%)としたときに、P≦460−12×Vを満たす条件で前記被接合部材を接合する、
ことを特徴とする構造体の製造方法。
A method of manufacturing a structure having a hollow portion by laminating members to be joined,
A step of preparing an aluminum alloy plate having a magnesium content of 0.2% by mass or more and 2.0% by mass or less and having a cut-out portion formed as at least a part of the bonded members;
A plurality of the members to be bonded are stacked so that at least one of the adjacent members to be bonded becomes the aluminum alloy plate and the cutout portion communicates to form the hollow portion. A step of joining a plurality of the members to be joined in a temperature range in which the mass ratio of the liquid phase is 5% or more and 35% or less within 30 seconds to 3600 seconds;
Only including,
In the step of joining the members to be joined, the maximum stress generated in the aluminum alloy material generating the liquid phase is P (kPa), and the ratio of the mass of the liquid phase generated in the aluminum alloy plate is V (%). Sometimes, the members to be joined are joined under the condition satisfying P ≦ 460-12 × V.
A structure manufacturing method characterized by the above.
前記被接合部材を用意する工程では、前記切抜き部を有する同一形状の円板状部材を前記被接合部材として用意し、
前記被接合部材を接合する工程では、前記切抜き部の位相をずらして複数の前記被接合部材を積層する、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の構造体の製造方法。
In the step of preparing the member to be bonded, a disk-shaped member having the same shape having the cutout portion is prepared as the member to be bonded,
In the step of bonding the members to be bonded, the plurality of members to be bonded are stacked by shifting the phase of the cutout portions.
The method for producing a structure according to claim 1 or 2, wherein
JP2011258803A 2011-11-28 2011-11-28 Manufacturing method of structure Active JP5901251B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011258803A JP5901251B2 (en) 2011-11-28 2011-11-28 Manufacturing method of structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011258803A JP5901251B2 (en) 2011-11-28 2011-11-28 Manufacturing method of structure

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013111596A JP2013111596A (en) 2013-06-10
JP5901251B2 true JP5901251B2 (en) 2016-04-06

Family

ID=48707713

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011258803A Active JP5901251B2 (en) 2011-11-28 2011-11-28 Manufacturing method of structure

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5901251B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2013081124A1 (en) * 2011-11-30 2015-04-27 株式会社Uacj Joining method of aluminum alloy material

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59202395A (en) * 1983-05-02 1984-11-16 Toshiba Corp Stacked-type heat exchanger
US5322740A (en) * 1985-05-16 1994-06-21 Rockwell International Corporation Solid state joint between aluminum alloys and/or magnesium alloys, and a method of making same
JP2006239698A (en) * 2005-02-28 2006-09-14 Calsonic Kansei Corp Heat exchanger made of aluminum
JP5190078B2 (en) * 2010-03-10 2013-04-24 株式会社神戸製鋼所 Brazing sheet for aluminum alloy brazing sheet and design method thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2013081124A1 (en) * 2011-11-30 2015-04-27 株式会社Uacj Joining method of aluminum alloy material

Also Published As

Publication number Publication date
JP2013111596A (en) 2013-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5021097B2 (en) Joining method of aluminum alloy material
JP6263574B2 (en) Brazing sheet, method for producing the same and method for brazing aluminum structure
JP6188511B2 (en) Aluminum alloy brazing sheet for fluxless brazing and manufacturing method thereof
WO2013081021A2 (en) Aluminium alloy-copper alloy bond, and bonding method for same
JP5284542B1 (en) Method for producing aluminum alloy clad material
JP6023074B2 (en) Aluminum member joining method
JP5629130B2 (en) Joining method of metal materials
JP5901251B2 (en) Manufacturing method of structure
JP2013220434A (en) Method for manufacturing aluminum brazing sheet and aluminum brazing sheet
JP6426883B2 (en) Method of manufacturing joined body excellent in corrosion resistance
JP6033542B2 (en) CONNECTED BODY AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME
JP6218903B2 (en) JOINT BODY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF
JP6023078B2 (en) Joining method of aluminum alloy material
JP2013146756A (en) Aluminum alloy brazing sheet and method for manufacturing the same, and method for brazing aluminum-made heat exchanger
JP6745578B2 (en) Brazing sheet for surface bonding
JP2015058472A (en) Method of soldering aluminum alloy member
JP2013116483A (en) Joining method of aluminum alloy material and dissimilar metal material
JP5956228B2 (en) Joining method of aluminum alloy
JP2018098469A (en) Air-cooled module
WO2014128880A1 (en) Aluminum alloy brazing sheet, method for producing same, and method for brazing heat exchanger formed of aluminum
JP2016112585A (en) Brazing filler material sheet for surface joint
JP2017221970A (en) Method for brazing porous aluminum body
JP2013146755A (en) Aluminum alloy brazing sheet and method for manufacturing the same, and method for brazing aluminum-made heat exchanger
JP2013116474A (en) Method for joining aluminum alloy material, method for manufacturing aluminum alloy joined body, and aluminum alloy joined body
JP2017221948A (en) Method for brazing porous aluminum body

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20141002

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20151111

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20151201

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160119

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160301

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160308

R150 Certificate of patent (=grant) or registration of utility model

Ref document number: 5901251

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150